Anti-cancer effect of estradiol and β-carotene on human colon cancer cells

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is a leading cause of global cancer incidence and mortality, influenced by factors such as sex, dietary habits, and age. Notably, males exhibit higher incidence and mortality rates than females, emphasizing the need to investigate sex-specific mechanisms in CRC progression and treatment. This study investigated the anti-cancer effects of estradiol, a female hormone, and β-carotene, a dietary antioxidant, and based on c differences the role of estrogen receptors in mediating these effects and their potential link to sex differences in CRC. Five human colon cancer cell lines derived from male and female patients were utilized. Treatments included estradiol, β-carotene, and their combination. Estradiol levels were measured via ELISA, and gene/protein expression of estrogen receptor β (ERβ), β,β- carotene-15,15′-monooxygenase (BCMO1), and β,β-carotene-9′,10′-dioxygenase (BCO2) was analyzed using PCR and Western blotting. The involvement of ERβ was further confirmed by tamoxifen, an ER antagonist. Results demonstrated that estradiol effectively suppressed cell survival. β-Carotene treatment modestly increased estradiol secretion, and the combination of estradiol and β-carotene further enhanced this effect, suggesting a potential enhancing effect. Both estradiol and β-carotene, alone and in combination, increased the expression of ERβ, BCMO1, and BCO2, correlating with decreased Bcl-2 (a cell survival marker) and increased Bax (a pro-apoptotic marker), thereby promoting apoptosis. Tamoxifen, an estrogen receptor antagonist, reduced BCMO1 and BCO2 expression, confirming estrogen receptors’ critical role in these effects. These findings suggest that the anti-cancer effects of estradiol and β-carotene are mediated via estrogen receptor-dependent pathways, involving BCMO1 and BCO2 upregulation and apoptosis modulation. As an in vitro study, these results require validation in animal models and clinical trials to confirm their translatability. These findings highlight the potential of combining dietary and hormonal approaches in CRC treatment. Future research should focus on evaluating these enhancing effects in vivo and determining their applicability in clinical settings.;대장암(CRC)은 전 세계적으로 높은 발병률과 사망률을 기록하는 주요 암으로, 성별, 식습관, 연령 등 다양한 요인의 영향을 받는다. 특히, 남성은 여성에 비해 더 높은 발병률과 사망률을 보이는데, 이는 대장암의 진행과 치료 과정에서 성별 특이적 메커니즘을 이해하고 연구할 필요성을 시사한다. 본 연구는 여성 호르몬인 에스트라디올과 식이 항산화제인 β-카로틴의 항암 효과를 조사하며, 특히 에스트로겐 수용체가 이러한 효과를 매개하는 데 중요한 역할을 하는지와 성별 차이와의 연관성을 중점적으로 분석한다. 남성과 여성 환자에서 유래한 5개의 인간 대장암 세포주를 실험에 사용하며, 에스트라디올, β-카로틴, 그리고 이들의 병합 처리를 포함한 다양한 조건에서 실험을 진행한다. 에스트라디올 농도는 ELISA를 통해 측정하며, 에스트로겐 수용체 β(ERβ), BCMO1, BCO2의 유전자 및 단백질 발현은 PCR과 웨스턴 블롯 분석을 통해 확인한다. 또한, ERβ의 역할을 더욱 명확히 하기 위해 에스트로겐 수용체를 타목시펜으로 억제하여 실험을 보완한다. 실험 결과, 남성 유래 대장암 세포가 에스트라디올에 의해 세포 생존이 억제되는 데 더 민감하게 반응하는 것으로 나타난다. β-카로틴 단독 처리는 에스트라디올 분비를 소폭 증가시키는 것으로 확인되며, 에스트라디올과 β- 카로틴을 병합 처리한 경우 이러한 효과가 더욱 증폭되어 두 물질 간 시너지 효과를 시사한다. 또한, 에스트라디올과 β-카로틴은 단독 또는 병합 처리 시 ERβ, BCMO1, BCO2의 발현을 유의미하게 증가시키며, 이는 세포 생존 마커인 Bcl-2의 감소와 세포자멸사 촉진 마커인 Bax의 증가와 상관관계를 가진다. 이러한 결과는 두 물질이 세포자멸사를 촉진하는 데 효과가 있음을 보여준다. 특히, 에스트로겐 수용체 길항제인 타목시펜 처리 시 BCMO1과 BCO2 발현이 유의미하게 감소하며, 이는 에스트로겐 수용체가 본 연구에서 관찰된 효과의 핵심적인 매개체임을 확인시켜 준다. 이러한 결과는 에스트라디올과 β-카로틴의 항암 효과가 에스트로겐 수용체-의존적 경로를 통해 이루어지며, 이 과정에서 BCMO1과 BCO2의 발현 증가 및 세포자멸사 조절이 중요한 역할을 함을 시사한다. 이 연구는 세포 실험을 기반으로 한 결과로, 동물 모델과 임상 시험을 통해 그 전이 가능성을 검증해야 할 필요성이 있다. 그럼에도 불구하고, 본 연구는 식이 및 호르몬 접근법을 결합한 대장암 치료 가능성을 제시하며, 향후 연구에서 이들 시너지 효과를 생체 내(in vivo) 모델에서 평가하고, 임상적 적용 가능성을 탐구하는 것이 중요할 것이다. 이러한 연구는 성별 맞춤형 대장암 치료 전략 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.